Dermatologia Kliniczna 2008, 10 (2): 100-104
PRACE POGL
DOWE / REVIEWS ARTICLES
Copyright © 2008 Cornetis
www.cornetis.com.pl
ISSN 1730-7201
Komórki macierzyste naskórka i ich znaczenie w procesach odnowy
Epidermal stem cells and their role in regeneration
Marzena Staniszewska, Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
Zakład Fizjologii, Katedra Fizjopatologii PAM w Szczecinie
STRESZCZENIE Rozwój nowoczesnych technologii badawczych prowadzi do coraz lepszego poznania biologii komórek macierzystych (komórki macierzyste, KM) i budzi
nadzieje w świecie medycznym na ich potencjalne coraz szersze wykorzystanie w terapii. Komórki macierzyste uczestniczą bowiem w procesach naprawy
i regeneracji uszkodzonych narządów i tkanek. Im mniej dojrzała jest KM, tym szersze są możliwości jej wykorzystania. Tak więc, komórki pluripotencjalne
charakteryzuje największa zdolność do różnicowania w więcej niż jedną linię komórkową. Jednym z najbogatszych z
ródeł KM stosunkowo łatwych do
pozyskania jest naskórek. Izolowanie i możliwości klinicznego wykorzystania KM naskórka otwierają nowe perspektywy w leczeniu chorób skóry, takich jak
ciężkie poparzenia, czy przewlekłe owrzodzenia. W pracy podsumowano główne cechy KM naskórka, uwzględniając zarówno ich dojrzałość, zróżnicowanie,
jak i możliwości izolowania. Omówiono również udział i znaczenie różnych typów KM w procesach naprawy i regeneracji skóry w przewlekłych owrzodze-
niach i oparzeniach.
Słowa kluczowe: komórki macierzyste, CXCR4, SDF-1, naskórek, oparzenia, owrzodzenia
ABSTRACT In the last years it is observed a tremendous increase in understanding the biology of stem cells (stem cells, SC) as well as interest to employ these cells
in the clinic. Evidence accumulates that SC participate in regeneration of injured organs and tissues. Epidermis is the richest source of SC which could
be relatively easy isolated. These cells provide new perspectives for treatment of several skin disorders such as for example extensive burns and trophic
ulcers. In this review we will summarize main features of epidermal SC such as their heterogenity, differentiation potential and markers that allow for their
isolation. We also discussed potential application of these cells for skin regeneration and repair of burns and trophic ulcers.
Key words: stem cells, CXCR4, SDF-1, epithelium, burns, trophic ulcers
Charakterystyka komórek macierzystych się w komórki łożyska. Wykazują one ekspresję markerów embrio-
nalnych, takich jak Oct4, Nanog i Rex-1. Komórki pluripotencjalne
Rosnące zainteresowanie komórkami macierzystymi (KM) wynika w węz
le zarodkowym tworzÄ… hipoblast i epiblast. W dalszym rozwoju
z ich unikalnej zdolności do samoodnawiania, namnażania się oraz hipoblast zanika, a z epiblastu powstają w wyniku gastrulacji wszyst-
różnicowania w komórki tworzące różne tkanki i narządy. KM, dzieląc kie trzy listki zarodkowe. Komórki pluripotencjalne epiblastu tworzą
się, dają początek komórkom siostrzanym, z których stale odnawia- komórki macierzyste różnych tkanek i narządów, a następnie część
na jest pula komórek macierzystych. Część z komórek siostrzanych z nich prawdopodobnie ulega zdeponowaniu w rozwijających się na-
różnicuje się jednocześnie w komórki somatyczne swoiste tkankowo. rządach, gdzie mogą przetrwać aż do wieku dorosłego. Jest wysoce
Proces ten zapewnia utrzymanie odpowiedniej ilości komórek soma- prawdopodobne, że ostatnio zidentyfi kowane w dorosłych tkankach
tycznych, które się starzeją i ulegają apoptozie. KM budzą zrozumia- tzw. małe embrionalne komórki macierzyste (very small embryonic-
łe nadzieje na zastosowanie ich w regeneracji uszkodzonych narzą- like stem cells, VSEL) są takimi pozostałościami rozwojowymi komó-
dów i tkanek. Zgodnie z powyższym podjęto próby wykorzystywania rek pluripotencjalnych epiblastu. Podobnie pochodzące z epiblastu
komórek naskórka w leczeniu oparzeń i owrzodzeń. Uważa się, że prekursory komórek prapłciowych (primordial germ cells, PGC) za-
zabiegi przeszczepiania narządów i tkanek zostaną w przyszłości siedlają nie tylko grzebienie płciowe, gdzie różnicują się w plemniki
zastąpione  przeszczepami namnożonych in vitro komórek macie- i oocyty, ale mogą również przetrwać w innych dorosłych tkankach.
rzystych (1-9). Koncepcja ta stworzyła podwaliny pod dynamicznie Ostatnio wykazano obecność komórek o właściwościach PGC w ni-
rozwijającą się medycynę regeneracyjną. szy naskórkowej (10, 11). Komórki zbliżone do PGC opisano również
Występuje wiele rodzajów komórek macierzystych, które różnią się w nadnerczach.
zdolnościami do proliferacji i różnicowania. Im mniej  dojrzała ko- Pluripotencjalne komórki macierzyste dają początek multipoten-
mórka macierzysta, tym większe ma możliwości różnicowania i na- cjalnym komórkom macierzystym, ekto-, mezo- i endodermalnym.
mnażania. Zapłodniona komórka jajowa zwana jest zygotą i jest ko- Te różnicują się w ukierunkowane tkankowo unipotencjalne komórki
mórką macierzystą totipotencjalną (ryc. 1). Charakteryzuje ją zdolność macierzyste zasiedlające nisze tkankowe. Wyróżnia się ukierunko-
tworzenia zarówno embrionu, jak i łożyska. Kolejny etap różnicowania wane tkankowo komórki dla układu hematopoetycznego, nabłonka
zarodka to blastocysta, w której pojawiają się komórki macierzyste jelitowego, tkanki nerwowej, wątroby oraz inne. Dla przykładu linia
pluripotencjalne węzła zarodkowego. Komórki pluripotencjalne mogą hematopoetyczna różni się od pozostałych linii komórek macierzy-
dać początek komórkom wszystkich trzech listków zarodka (mezo- stych zestawem antygenów powierzchniowych. Sortując np. komórki
dermy, ektodermy i endodermy), ale tracą zdolność różnicowania szpiku kostnego wg antygenów powierzchniowych, komórki CXCR4+
CD45+lin- stanowią linię komórek macierzystych hematopoetycz-
nych, a komórki linii CXCR4+CD45-lin- są niehematopoetycznymi ko-
mórkami macierzystymi. Pomocne jest również wykazanie ekspresji
ADRES DO KORESPONDENCJI: Dr n. med. Marzena Staniszewska
antygenów CD34 i AC133, które występują na KM układu krwiotwór-
dr n. med. Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
czego oraz innych tkanek. Warto nadmienić, że komórki macierzyste
Zakład Fizjologii, Katedra Fizjopatologii PAM
naskórka wywodzą się bezpośrednio z multipotencjalnych komórek
ul. Powstańców Wielkopolskich 72, 70-111 Szczecin, tel.: [phone]
100 e-mail: [e-mail], [e-mail] ektodermalnych (1, 3, 12).
Marzena Staniszewska, Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
Komórki macierzyste naskórka i ich znaczenie w procesach odnowy
signaling, RGS). Specyfi czne tkankowo białka RGS mają istotny
Zygota
wpływ na aktywność receptora w poszczególnych tkankach (13).
Zygote
Jak wspominano powyżej, SDF-1 odgrywa kluczową rolę w re-
gulowaniu migracji CXCR4+ komórek macierzystych. SDF-1 ulega
ekspresji w komórkach podścieliska i śródbłonka szpiku kostnego,
mięśnia serca, mięśni szkieletowych, wątroby, mózgu i nerek. Jego
wydzielanie zwiększa się podczas uszkodzenia tkanek. Czynnik ten
Komórki pluripotencjalne
odgrywa więc ważną rolę w  przyciąganiu CXCR4+ KM potrzeb-
Pluripotential stem cells
nych do regeneracji tkanek, czy narządów. Wykazano, że ekspresja
SDF-1 jest regulowana pozytywnie w komórkach endotelium przez
czynnik transkrypcyjny, jakim jest HIF-1ą. Ekspresja SDF-1 może
być zmniejszona pod wpływem leków steroidowych oraz przez takie
czynniki, jak G-CSF (granulocytes colony stimulating factor) i TGF-²1
Komórki multipotencjalne (transforming growth factor ²1) (11).
Multipotential stem cells
Komórki macierzyste pod względem rozwojowym można także
podzielić na embrionalne i nieembrionalne. Zarodkowe albo embrio-
nalne komórki macierzyste izolowane są zarówno z węzła blastocy-
sty lub z epiblastu zwierząt doświadczalnych, jak i człowieka (17, 18).
Mają one zdolność do różnicowania się we wszystkie rodzaje KM.
Embrionalne komórki macierzyste, jako ustalone linie komórkowe, są
praktycznie nieśmiertelne, co związane jest m.in. z wysoką aktywno-
ścią telomerazy. Różne czynniki środowiska decydują o ich różnico-
Krew Nerwy Tkanka łączna, Wątroba Naskórek Inne
waniu w somatyczne KM, np. to, w jakim środowisku (warunkach ho-
Blood Nerves kości, chrząstki Liver Epidermis Other
dowli) siÄ™ one znajdujÄ…. Migracja ich jest regulowana m.in. przez oÅ›
Connective tissue,
bone, cartilage
CXCR4-SDF-1. W warunkach laboratoryjnych, w hodowlach komór-
ki embrionalne mogą być utrzymywane przez nieograniczony czas
Ryc. 1. Stadia rozwojowe komórek macierzystych. Zygota, komórki pluripoten-
w przeciwieństwie do komórek macierzystych ukierunkowanych,
cjalne, komórki multipotencjalne
które w hodowli dość szybko się różnicują. Komórki te mogą być
Fig. 1. Developmental stages of stem cells. Zygote, pluripotential cells, multipo-
również stosunkowo łatwo modyfi kowane i ukierunkowywane oraz
tential cells
pozyskiwane do celów regeneracyjnych metodą klonowania tera-
peutycznego. Metoda ta jest jednak jeszcze niedostatecznie pozna-
na i wymaga udoskonalenia, a uzyskanie dużej liczby komórek ukie-
Rola osi SDF-1-CXCR4 w migracji komórek macierzystych runkowanych tkankowo z komórek embrionalnych nie jest jeszcze
dzisiaj możliwe technicznie. Poza tym występuje jeszcze ważny
Migracja komórek macierzystych, będąca kluczowym procesem aspekt etyczny pobierania i wykorzystania tych komórek, który budzi
rozwoju tkanek, jest regulowana przez liczne nakładające się często wiele kontrowersji (1, 3, 6, 17, 18).
mechanizmy regulacji z udziałem czynników wzrostowych, cytokin
Obecność komórek o cechach embrionalnych
i chemokin. Chemokiny po połączeniu z transbłonowym białkiem G,
pełniącym funkcję receptora, regulują ruch i adhezję KM. Zwykle jed- w dorosłych tkankach
na chemokina może przyłączać się do wielu receptorów i odwrotnie
 jeden receptor może przyłączać różne chemokiny. Przez wiele lat Wykazano, że w tkankach znajdują się tkankowo ukierunkowane
uważano, że istnieje jeden wyjątek od tej reguły  taki, iż SDF-1 (stro- komórki macierzyste. KM ukierunkowane tkankowo izolowane z do-
mal derived factor-1, SDF-1) przyłącza się tylko do receptora CXCR4 rosłych tkanek mają ograniczone zdolności do różnicowania się oraz
(13). Ostatnio opisano jednak inny alternatywny receptor CXCR7, ograniczony czas życia, a w hodowli mogą przejść ograniczoną licz-
który również może łączyć się z SDF-1 (14). bę podziałów. Nie zawsze łatwo je uzyskać w odpowiedniej ilości od
Wspomniany transbłonowy receptor powiązany z białkiem G, CXCR4 zdrowych dawców zgodnych tkankowo. Ze względu na niewielkie
został opisany zarówno w wielu typach tkankowo swoistych KM, np. możliwości do podziałów trzeba je pobierać i izolować w dużej ilości.
tkanki nerwowej, mięśni szkieletowych, serca, wątroby, śródbłonka, Mają również naturalną zdolność do różnicowania w kierunku tkanki,
kanalików nerkowych, komórek barwnikowych siatkówki, jak i w em- z której zostały pozyskane. Obecnie z powodzeniem są stosowane
brionalnych pluripotencjalnych komórkach macierzystych (pluripo- np. KM krwiotworzenia w leczeniu chorób układu krwiotwórczego,
tencjalne komórki macierzyste, PKM). Komórki te nie tylko wykazują czy też KM naskórka w leczeniu oparzeń skóry (1-3, 6, 17, 19).
ekspresję CXCR4, ale także podążają za gradientem SDF-1. Tak więc, Wcześniejsze badania sugerowały, że komórki macierzyste swo-
CXCR4 stanowi marker KM, zaś SDF-1 wydaje się jednym z najbar- iste tkankowo wykazują tzw. plastyczność, tzn. że mogą zmieniać
dziej istotnych chemoatraktantów dla komórek macierzystych posia- ukierunkowanie tkankowe/narządowe i różnicować się w inne ko-
dających ekspresję CXCR4 (13, 15, 16). mórki ukierunkowane tkankowo w zależności od czynników środo-
Ekspresja receptora CXCR4 jest regulowana na wielu pozio- wiska je otaczającego. Postulowano np., że KM układu krwiotwór-
mach. Jednym z najważniejszych jest niedotlenienie tkanek (hipok- czego mogłyby dawać początek KM mięśnia sercowego, wątroby,
sja). Zwiększa ono bowiem jego ekspresję (transkrypcję) w komórce czy trzustki. Obecnie odchodzi się od takiej koncepcji. Uważa się,
przez aktywację czynnika transkrypcyjnego, jakim jest HIF-1ą (hy- bowiem, że nisze tkankowe zasiedlane są nie tylko przez populacje
poxia  inucible factor 1-alfa). HIF-1ą współdziała w tym procesie komórek ukierunkowanych tkankowo, ale również mogą zawierać
z NF-º² (nuclear factor º²). Receptor CXCR4 może być również bardzo wczesne komórki pluripotencjalne, które mogÄ… siÄ™ różnico-
przedmiotem proteolizy zależnej od np. katepsyny G lub elastazy. wać w określone tkanki.
Opisano, że CXCR4 po połączeniu z SDF-1 podlega dimeryzacji, zaś Zgodnie z powyższym badania zespołu Kucia i Ratajczaka (15, 16)
aktywny kompleks SDF-1 receptor  internalizacji. Funkcjonalność potwierdziły obecność w szpiku kostnym i innych tkankach do-
receptora CXCR4 zależy także od wbudowania go w błonach komór- rosłych osobników populacji pluripotencjalnych, bardzo małych,
kowych do dominant lipidowych (lipid rafts). Receptor CXCR4 może o typie embrionalnym KM (VSEL). Wykazują one podobieństwo tak
być również przedmiotem negatywnej regulacji odbywającej się za pod względem morfologicznym, jak i immunocytochemicznym do
pośrednictwem białek regulacyjnych RGS (regulators of G-protein wczesnych embrionalnych komórek macierzystych. Izolowane np. 101
Marzena Staniszewska, Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
Epidermal stem cells and their role in regeneration Dermatologia Kliniczna 2008, 10 (2)
ze szpiku kostnego jako homogenna, rzadka linia Sca-1+lin-CD45- łojowych (6, 29, 30). Na uwagę zasługuje doniesienie Yu i wsp. (21),
wykazują ekspresję markerów komórek macierzystych pluripoten- którzy wykazali, że w obrębie mieszka włosowego występuje również
cjalnych, takich jak: SSEA-1, Oct-4, Nanog i Rex-1. Komórki te są populacja komórek innych niż naskórkowe KM, czy melanocytowe
także wzbogacone w mRNA charakterystyczne dla naskórka, takie KM, które wykazują ekspresję markerów Oct4 i Nanog. Jest praw-
jak: Trp63, Krt2-5, BNC (15, 16, 20). Komórki VSEL były prawdopo- dopodobne, że jest to frakcja komórek odpowiadająca komórkom
dobnie identyfi kowane przez innych badaczy jako komórki linii za- VSEL identyfi kowanym w szpiku kostnym. Tak więc, gromadzi się
rodkowej Oct4+ oraz nieepitelialne niemelanocytowe komórki Oct4+ coraz więcej danych, że naskórek zawiera heterogenną populację
Nanog+ w obrębie naskórka (10, 11, 21). komórek macierzystych o różnym stopniu zróżnicowania.
Bezpośrednie badania w mikroskopie elektronowym wykazują, że Komórki rejonu bulge wykazują duży potencjał proliferacyjny,
są to komórki małe, wielkości ok. 5 źm, z dużym jądrem wypełnio- choć w naskórku pozostają w stanie uśpienia (quiescent) ze względu
nym euchromatyną, otoczonym wąskim rąbkiem cytoplazmy. In vitro na wydłużony cykl komórkowy. Hodowane in vitro zachowują swoją
wykazują zdolność do różnicowania się we wszystkie trzy listki za- zdolność do namnażania się. Uważa się, że rejon bulge funkcjonuje
rodkowe. Na powierzchni ich występuje receptor CXCR4+ odpowia- jako nisza, w której KM są zlokalizowane i utrzymywane. Pula KM
dający na gradient stężeń SDF-1. Komórki te izolowane są ze szpiku mieszkowych daje początek komórkom siostrzanym, które  migru-
jako CXCR4+lin-CD45-, zaś ze szpiku, krwi obwodowej i pępowino- jąc do góry mieszka włosowego  służą jako progenitorowe komórki
wej jako CD34+CD133+CXCR4+lin-CD45-. Ich liczba jest większa naskórka w rekonstrukcji ran  lub w dół mieszka włosowego  prze-
u osobników młodych i zmniejsza się z wiekiem. VSEL są depono- mieniając się w komórki macierzy włosa. Zidentyfikowany marker
wane w szpiku kostnym oraz różnych narządach/tkankach w czasie KM międzymieszkowych naskórka CD34 pozwala na odróżnienie
ontogenezy i podlegają mobilizacji w czasie uszkodzenia narządów ich od komórek bulge, które nie posiadają tego markera (22, 25,
i tkanek w celu regeneracji uszkodzeń (12, 15, 16, 20). 29, 31, 32).
Jak wspomniano powyżej, Dyce i wsp. (10) wykazali, że wśród Komórki bulge mają większy potencjał do odnowy, charaktery-
komórek macierzystych izolowanych ze skóry występuje również zuje je dłuższy cykl komórkowy i największy potencjał klonogenny,
populacja mająca możliwości różnicowania się w oocytopodobne w przeciwieństwie do międzymieszkowych KM, dla których nie moż-
komórki posiadające ekspresję Oct4 oraz innych markerów charak- na zidentyfikować niszy (25). Populacja KM bulge różnicuje się w ke-
terystycznych dla oocytów. Ich obecność w skórze można tłumaczyć ratynocyty, melanocyty, komórki mięśni gładkich i komórki nerwowe
wspomnianym powyżej zasiedlaniem w życiu płodowym nisz poza- w zależności od użytego medium indukcyjnego, specyficznego dla
gonadalnych przez migrujące komórki epiblastu  w tym wypadku danej tkanki. Komórki te wykazują ekspresję markerów embrional-
PGC. Alternatywne pozyskiwanie oocytopodobnych komórek ze nych Oct4 i Nanog (21).
skóry może potencjalnie stwarzać nowe możliwości wykorzystania W hodowli in vitro komórki warstwy podstawnej naskórka dają po-
ich w terapii tkankowej i stanowi nowy model do badań in vitro nad czątek klonom komórkowym opisanym w literaturze jako tzw. holo-
komórkami linii germinalnej (10, 11). Dalszych badań wymaga zbada- klony, meroklony i paraklony. Holoklony tworzone są przez właściwe
nie związku tych komórek z populacją komórek VSEL. komórki macierzyste naskórka, zaś paraklony  komórki przejściowo
namnażające się. Meroklony z kolei tworzy pośredni typ komórek
Komórki macierzyste naskórka stanowiący rezerwuar TAC. Różnicowanie komórek klonogennych
przebiega od holoklonów przez meroklony do paraklonów (22).
Naturalną właściwością naskórka jest jego rogowacenie i złusz- Komórki macierzyste naskórka charakteryzują się wysoką ekspre-
czanie. Jest to tkanka stale siÄ™ odnawiajÄ…ca. Proces ten jest zależny sjÄ… ²1 i Ä…6 integryn, czynnika traskrypcyjnego p63 i delta-1, a także
od subpopulacji ukierunkowanych tkankowo komórek macierzystych dużą ekspresjÄ… ²-kateniny cytoplazmatycznej w stosunku do zwiÄ…za-
występujących w warstwie podstawnej naskórka. W prawidłowym na- nej z kadherynami błon komórkowych oraz podwyższoną ekspresją
skórku KM stanowią 1-10% komórek warstwy podstawnej (6, 22-27). cytokeratyny 15 i 19 (22, 25, 29). Yu i wsp. (21) w badaniach immuno-
Uważa się, że skóra jest najbogatszym w KM narządem ustroju. histochemicznych wykazali obecność cytokeratyny 15 w rejonie bulge
Komórki macierzyste naskórka ulegają podziałom asymetrycznym. mieszka włosowego oraz ekspresję markerów Oct4 i Nanog w tej
Prowadzi to, z jednej strony, do samoodnawiania puli KM naskórka, lokalizacji. Świadczy to o tym, że komórki Oct4+, Nanog+ obecne
a z drugiej  do tworzenia komórek siostrzanych: namnażających się są w bulge. Wspomniane powyżej komórki pozyskiwane z mieszka
przejściowo (transient amplifyng cells, TAC), które przechodzą skoń- włosowego mogą stanowić ważne z
ródło autologicznych KM dla
czoną liczbę podziałów i ostatecznie się różnicują. In vitro proces ten procesów naprawczych tkanek.
przebiega bardzo szybko. Odróżnienie tych dwóch typów komórek
jest trudne. Wydaje się, że pomocna może być tutaj identyfikacja
receptora CD71 obecnego na TAC i jego brak na ukierunkowanych
tkankowo KM naskórka. Z kolei identyfi kacja antygenu CD90 jest
użyteczna do określania populacji keratynocytów wzbogaconych
Rejon bulge
w komórki macierzyste.
Region bulge
Komórki macierzyste naskórka stanowią niejednorodną popula-
Gruczoł łojowy
cję ze względu na miejsce występowania. Identyfi kuje się je w prze-
Sebaceus gland
działach międzymieszkowych, w górnym rejonie mieszka włosowego
KM przedziału międzykomórkowego
SC of intercellular compartment
(bulge) i w macierzy germinalnej mieszka włosowego (22) (ryc. 2).
Komórki międzymieszkowe ściśle przylegają do błony podstawnej Mięsień włosowy
Pili muscle
naskórka. Wykazują właściwości komórek macierzystych somatycz-
Wewnętrzny płaszcz korzenia włosa
nych. Wolny cykl komórkowy zabezpiecza je przed gromadzeniem
Internal root sheath
Zewnętrzny płaszcz korzenia włosa
mutacji, zaś długi czas życia i zdolność do namnażania gwarantuje
External root sheat
utrzymanie i naprawę tkanki, w której rezydują. Końcowe różnicowa-
nie ich w keratynocyty związane jest z utratą kontaktu z błoną pod-
Brodawka włosa
stawną i odnową naskórka (26-28).
Dermal papila
Subpopulacja komórek występujących w górnym rejonie mieszka
Macierz terminalna włosa
włosowego (bulge) jest wskazywana jako ta, która może dać począ-
Hair follicle matrix
tek zarówno keratynocytom skóry, jak i mieszka włosowego. Stanowi
ona największą rezerwę komórek macierzystych zdolnych do odtwa- Ryc. 2. Lokalizacja komórek macierzystych (komórki macierzyste, KM) w skórze
102 rzania wielu struktur skóry, m.in. mieszków włosowych, gruczołów Fig. 2. Localization of stem cells (stem cell, SC) in skin
Marzena Staniszewska, Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
Komórki macierzyste naskórka i ich znaczenie w procesach odnowy
Stwierdzono, że integryna ²1 i Ä…6 wystÄ™pujÄ… we wszystkich ko- podobnie jak wykorzystanie zawiesiny keratynocytów. Nie obserwuje
mórkach warstwy rozrodczej naskórka. Opuszczanie warstwy pod- się tego efektu w przypadku przeszczepów w postaci jednorodnej
stawnej i stopniowa migracja w kierunku powierzchownych warstw warstwy komórek naskórka, gdzie zjawisko migracji dotyczy tylko
wiąże siÄ™ ze spadkiem ekspresji ²1-integryny. Frakcja wykazujÄ…ca brzegów kultury. Dodatkowo in vivo proces leczenia wymaga wzro-
największą ekspresję tej integryny jest wzbogacona w KM, które też stu fi broblastów i tworzenia kolagenu, co może być stymulowane
najszybciej przylegają do podłoża pokrytego kolagenem IV lub lami- przez obecność fibryny.
niną. Podobnie czynnik transkrypcyjny p63 ulega ekspresji w jądrach Postuluje się również udział w procesach regeneracji komórek
komórek dzielących się lub zachowujących zdolność proliferacyjną. macierzystych uwalnianych ze szpiku kostnego oraz innych niszy
W trakcie różnicowania drastycznie spada poziom ekspresji tego tkankowych (2, 19, 35). Ich mobilizacja zależy od czynników wy-
biaÅ‚ka. Tak wiÄ™c, integryna ²1, czynnik p63 oraz inne markery ww. dzielanych przez uszkodzone tkanki. Jak już wczeÅ›niej wspomnia-
mogą być przydatne w identyfi kacji KM naskórka. Melanocyty obfi- no, wśród dużej grupy tych związków kluczową rolę odgrywa oś
cie występujące w koloniach nie posiadają ekspresji białka p63, zaś CXCR4 SDF -1. Dzięki temu KM mogą uczestniczyć w regeneracji
z hodowli mogą być usuwane przez marker c-kit. Do identyfikacji uszkodzonych narządów.
KM naskórka można też używać barwnika metabolicznego rodami- Przy zachowanej homeostazie skóry keratynocyty pochodzenia
ny 123, który jest słabo przez nie gromadzony. Sortowanie według szpikowego nie są jednak wykrywane w naskórku. Jak wykazali Fan
Rh123  i ²1-integryny + komórek naskórka daje frakcjÄ™ wzbogaconÄ… i wsp. (36) w uszkodzonej skórze naskórek zawieraÅ‚ tylko nieliczne
w KM, w hodowli tworzącą holoklony (22, 25, 29, 32). szpikowe keratynocyty. Może to sugerować, że komórki szpikowe
Proliferacja KM naskórka zależy od czynników wzrostowych pro- nie są odpowiedzialne za odnawianie keratynocytów w naskórku
dukowanych przez fi broblasty skóry. Należą do nich czynnik wzro- w warunkach normalnej odnowy. W warunkach uszkodzenia naskór-
stowy fi broblastów FGF-4 (fi broblast growth factor), keratynocytów ka stwierdzono jednak zasiedlenie nowo tworzonego naskórka przez
KGF (keratinocytes growth factor), naskórkowy EGF (epidermal komórki szpikowe. Sugeruje to, że komórki szpikowe uczestniczą we
growth factor), wątrobowy HGF (hepatocyte growth factor); także cy- wczesnym leczeniu rany przez wszczepienie jako TAC, które następnie
tokiny IL-6 i onkostatyna M (22, 25, 29, 32). różnicują się w keratynocyty. Borue i wsp. (37) wykazali, że po napro-
mieniowaniu śmiertelną dawką myszy, odtworzeniu szpiku na drodze
Wykorzystanie komórek macierzystych naskórka przeszczepu, a następnie uszkodzeniu naskórka, w leczeniu powstałej
w ten sposób rany uczestniczyły komórki pochodzenia szpikowego,
Komórki macierzyste naskórka otwierają nowe perspektywy w le- a ekspresja antygenu proliferacyjnego Ki67 korelowała ze zwiększo-
czeniu różnych zaburzeń występujących w skórze, takich jak ciężkie ną liczbą komórek dawcy w ranie. Ekspresja cytokeratyny 5 komórek
oparzenia, przewlekłe owrzodzenia trofi czne, rak skóry, łysienie, czy dawcy była niewielka, co sugeruje, że komórki szpikowe wszczepiały
trądzik (4-6, 25, 28). się nie jako naskórkowe KM, ale raczej asystowały w początkowej fazie
Mieszkowe i międzymieszkowe przedziały naskórka utrzymywane leczenia jako TAC, różnicujące się następnie w keratynocyty (35, 37).
są przez niezależne populacje KM. Po uszkodzeniu naskórka komór- Niewykluczone, że komórki szpikowe przedstawione w powyższej
ki te werbowane są do jego naprawy. Na przykład, w powierzchow- pracy są migrującymi VSEL; wymaga to dalszych badań.
nych oparzeniach, w których dochodzi do uszkodzenia naskórka Według Inokuma i wsp. (38) największym chemoatraktantem dla
i pozbawienia go międzymieszkowych KM, przy obecności miesz- migracji komórek macierzystych naskórka pochodzenia szpikowe-
ków włosowych, nie jest wymagane używanie przeszczepów, ponie- go do skóry jest CTACK (cutaneous T-cell attracting chemokine,
waż naskórek odtwarzany jest przez komórki macierzyste występu- CTACK). Jest on obecny konstytucyjnie w naskórku, a jego ekspresja
jące w bulge. Uważa się, że komórki mieszkowe tylko tymczasowo zwiększa się w ranach. Komórki szpikowe CD34+ wykazują ekspre-
uczestniczą w pokrywaniu rany i są zastępowane przez komórki sję jego liganda CCL27.
potomne naskórka. Okazuje się jednak, że mogą one pozostawać Ostatnie badania wykazały, że komórki szpikowe mogą być wszcze-
w naskórku znacznie dłużej (33). Po głębokich oparzeniach przebie- piane do naskórka nie jako komórki macierzyste, ale jako TCA, co pot-
gających z uszkodzeniem mieszka, naskórek może być odtworzony wierdza wcześniejsze spostrzeżenia. Tak więc, komórki szpikowe
tylko przez komórki migrujące z brzegów nieuszkodzonych płatów mogą budować prowizoryczną warstwę naskórka, która póz
niej
skórnych (34). zastępowana jest przez keratynocyty migrujące z nieuszkodzonej
Procesy naprawcze w obrębie owrzodzeń także zależą od komó- skóry. Być może po uszkodzeniu migracja odbywa się dzięki pro-
rek naskórkowych sąsiadujących z miejscem uszkodzenia. U osób zapalnym cytokinom. Zasiedlanie uwarunkowane jest przez CTACK
zdrowych keratynocyty skórne nie poruszają się, ale zmieniają po- wydzielaną przez keratynocyty. W ranach przewlekłych migracja ko-
zycję w pionie będąc popychane przez odnawiające się komórki mórek macierzystych naskórka pochodzenia szpikowego może być
warstwy podstawnej i różnicują się w korneocyty. W uszkodzonej upośledzona przez blokowanie osi CTACK/CCL27. Hamowanie osi
skórze wykazują migrację boczną i przy gojeniu ran pokrywają ich przez PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand-1, PSGL-1) wydzielaną
powierzchnię. przez neutrofi le obecne licznie w ognisku zapalnym może opóz
niać
Limat i wsp. (4) pobierali i hodowali autologiczne keratynocyty leczenia przewlekłych ran (39), co potwierdza wcześniejsze doniesie-
z okolicy zewnętrznych warstw mieszka włosowego. Namnożone ke- nia o istnieniu tej osi dla chemotaksji.
ratynocyty były nakładane na rozległe owrzodzenia kończyn dolnych. Z drugiej strony wykazano, że bezpośrednia transplantacja ko-
Im większa powierzchnia owrzodzenia była pokryta, tym szybciej na- mórek szpikowych na uszkodzoną skórę powoduje różnicowanie ich
stępowała reepitalizacja i tym była większa. Po 8 tygodniach reepi- w niehematopoetyczne struktury skóry (40). Według badań Krause
talizacja u pacjentów była znaczna, a u 1/3 pacjentów  całkowita. i wsp. (7) wzbogacona populacja macierzystych komórek hemato-
Pacjenci zgłaszali mniejszą bolesność, nie obserwowano żadnych poetycznych pochodzenia szpikowego może być włączona do tkan-
skutków ubocznych tego leczenia. ki i w niej funkcjonować. Rzadkie komórki przebywające w szpiku
Drukała i wsp. (5) stosowali w badaniach autologiczne przeszcze- mogą tworzyć długo utrzymywaną populację komórek macierzystych
py keratynocytów i obserwowali obraz ich migracji w pierwotnej kul- o ogromnych zdolnościach różnicowania, również w komórki skóry.
turze na polistyrenie, zaś we wtórnej na podłożu kolagenu IV i fibry- Interesujący wydaje się ewentualny związek omawianych komórek
ny. Komórki wykazywały odległą migrację na podłożu kolagenowym z komórkami VSEL.
i fi brynowym, choć zdecydowanie szybszą w zawiesinie fibryny niż Badiavas i wsp. (8) wykazali, że u ludzi z niegojącymi się ranami
kolagenu. Transplantacje już po 5 dniach dawały powstawanie wysp bezpośrednie zaaplikowanie na powierzchnię komórek szpikowych
z namnażających się keratynocytów. Towarzyszyło temu ograni- może prowadzić do zamknięcia rany i odtworzenia tkanki. Wynik ba-
czenie bólu i wydzielania w obrębie rany. Zastosowanie drobnych dania sugeruje wszczepienie podawanych komórek, co potwierdzo-
przeszczepów może zatem przyspieszać proces naskórkowania, no przez badanie bioptatów. 103
Marzena Staniszewska, Sylwia SÅ‚uczanowska-GÅ‚Ä…bowska
Epidermal stem cells and their role in regeneration Dermatologia Kliniczna 2008, 10 (2)
W badaniach Kataoka i wsp. (9) transplantowali komórki szpiko- 15. Kucia M., Zuba-Surma E., Wysoczyński M., Dobrowolska H., Reca R., Ratajczak J.,
we myszy na osobniki z defektem skóry. Po 3 tygodniach uzyskali Ratajczak M.Z.: Physiological and pathological consequences of identifi cation of very
odbudowę skóry wraz z przydatkami. Komórki dawcy zlokalizowa- small embryonic like (VSEL) stem cells in adult bone marrow. J. Physiol. Pharmacol.,
no w naskórku, mieszku włosowym, gruczołach łojowych i w skórze 2006, 57, 5-18.
właściwej. Lokalizacja i morfologia tych komórek, badanie immu- 16. Kucia M., Ratajczak M.Z.: Stem cells as a two edged sword  from regeneration to
tumor formation. J. Physiol. Pharmacol., 2006, 57, 5-16.
nohistochemiczne i barwienia potwierdziły różnicowanie komórek
17. Snarski E., Jędrzejczak W.W.: Zarodkowe komórki macierzyste i możliwości ich wyko-
szpikowych w keratynocyty, komórki gruczołów łojowych i komórki
rzystania w medycynie. Post. Biol. Komórki, 2005, 32, 41-53.
mieszka włosowego.
18. Thomson J.A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall
Odkąd poznano, że oś SDF-1-CXCR4 jest istotnym regulatorem
V.S., Jones J.M.: Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science,
przemieszczania KM, stała się ona docelowym elementem terapeu-
1998, 282, 1145-1147.
tycznych poszukiwań. Dowiedziono, że ekspresja CXCR4 może być
19. Kucia M., Majka M., Ratajczak M.Z.: Plastyczność nieembrionalnych komórek macie-
zahamowana na poziomie transkrypcji przez HIF-1Ä… po podaniu che-
rzystych:fakt czy artefakt? Post. Biol. Komórki, 2003, 30, 3-15.
taminy, na poziomie translacji przez siRNA i na poziomie receptora
20. Kucia M., Reca R., Campbell F.R., Zuba-Surma E., Majka M., Ratajczak J., Ratajczak M.Z.:
białkowego, jakim jest CXCR4 przez T140 lub AMD 3100. Blokada A population of very small embryonic-like (VSEL) CXCR4(+)SSEA-1(+)Oct-4(+) stem cells
identified in adult bone marrow. Leukemia, 2006, 20, 857-869.
tworzenia dominant lipidowych przez np. statyny hamuje odpowiedz

21. Yu H., Fang D., Kumar S.M., Li L., Nguyen T.K., Acs G., Herlyn M., Xu X.: Isolation of no-
komórek na gradient SDF-1. Interesujące jest, że promotory genów
vel population of multipotent adult stem cells from human hair follicles. Am. J. Pathol.,
kodujÄ…cych receptor CXCR4 zawierajÄ… miejsca wiÄ…zania dla HIF-1Ä….
2006, 168, 1879-1888.
Warunki takie, jak przewlekłe zapalenie lub uszkodzenie tkanki, stwa-
22. Drukała J., Majka M., Ratajczak M.: Postępy w metodach izolacji i namnażania komó-
rzają środowisko, które na drodze chemotaktycznej przyciąga KM
rek macierzystych naskórka ludzkiego. Post. Biol. Komórki, 2003, 30, 37-48.
dla regeneracji (16).
23. Tani H., Morris R.J., Kaur P.: Enrichment for murine keratinocyte stem cells based on
Potencjalne zastosowanie kliniczne KM naskórka ze względu na
cell surface phenotype. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97, 10960-10965.
stosunkowo łatwe możliwości ich pozyskiwania stwarza nowe nadzie-
24. Nakamura Y., Muguruma Y., Yahata T., Miyatake H., Sakai D., Mochida J., Hotta T., Ando
je w leczeniu nie tylko chorób i uszkodzeń skóry, ale także  biorąc pod
K.: Expression of CD90 on keratinocyte stem/progenitor cells. Br. J. Dermatol., 2006,
uwagę, że naskórek zawiera również inne bardzo wczesne komórki 154, 1062-1070.
25. Barthel R., Aberdam D.: Epidermal stem cells. J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol., 2005,
macierzyste posiadajÄ…ce markery KM pluripotencjalnych (np. Oct-4)
19, 405-413.
 wskazuje na to, że mogą one stanowić potencjalne z
ródło KM także
26. Lehrer M.S., Sun T.T., Lavker R.M.: Strategies of epithelial repair: modulation of stem
w regeneracji innych narządów. Najbliższe lata pokażą, czy komórki te
cell and transit amplifying cell proliferation. J. Cell. Sci., 1998, 111, 2867-2875.
znajdÄ… szersze zastosowanie w medycynie regeneracyjnej.
27. Lavker RM., Sun T.T.: Epidermal stem cells: properties, markers and location. Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97, 13473-13475.
Piśmiennictwo
28. Roh C., Lyle S.: Cutaneous stem cells and wound healing. Pediatr. Res., 2006, 59,
100R-103R.
1. Ratajczak M.Z., Kucia M.: Komórki macierzyste  wyzwanie XXI wieku? Post. Biol.
29. Taylor G., Lehrer M.S., Jensen P.J., Sun T.T., Lavker R.M.: Involvement of follicular stem
Komórki, 2005, 32, 11-26.
cells in forming not only the follicle but also the epidermis. Cell, 2000, 102, 451-461.
2. Dłubek D., Witkiewicz W., Lange A.: Szpikowe komórki macierzyste  identyfi kacja
30. Oshima H., Rochat A., Kedzia C., Kobayashi K., Barrandon Y.: Morphogenesis and rene-
i zastosowanie kliniczne. Post. Biol. Komórki, 2005, 32, 125-131.
val of hair follicles from adult multipotent stem cells. Cell, 2001, 104, 233-245.
3. Ratajczak M.Z., Goz
dzik J.: Komórki macierzyste  klucz do długowieczności. Medy-
31. Linheng Li., Ting X.: Stem cell niche: structure and function. Annu. Rev. Cell Dev. Biol.,
cyna po Dyplomie, 2004, 13, 16-25.
2005, 21, 605-631.
4. Limat A., French L.E., Blal L., Saurat J.H., Hunziker T., Salomon D.: Organotypic cul-
32. Tumbar T., Guasch G., Greco V., Blanpain C., Lowry W.E., Rendl M., Fuchs E.: Defining
tures of autologus hair follicle keratinocytes for the treatment of recurrent leg ulcers.
the epithelial stem cell niche in skin. Science, 2004, 303, 359-363.
J. Am. Acad. Dermatol., 2003, 48, 207-214.
33. Levy V., Lindon C., Zheng Y., Harfe B.D., Morgan B.A.: Epidermal stem cells arise from
5. Drukała J., Bandura L., Cieślik K., Korohoda W.: Locomotion of human skin keratino-
the hair follicle after wouding. FASEB J., 2007, 21, 1358-1366.
cytes on polystyrena, fibrin, and collagen substrata and its modification by cell-to-cell
34. Alonso L., Fuchs E.: Stem cells of the skin epithelium. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003,
contacts. Cell Transplant., 2001, 10, 765-771.
100, 11830-11835.
6. Cha J., Falanga V.: Stem cells in cutaneous wound healing. Clin. Dermatol., 2007, 25,
35. Kucia M., Goz
dzik J., Ratajczak M.Z.: Szpik kostny jako z
ródło krążących CXCR4+
73-78.
ukierunkowanych tkankowo komórek macierzystych. Post. Biol. Komórki, 2005, 32,
7. Krause D.S., Theise N.D., Collector M.I., Henegariu O., Hwang S., Gardner R., Neut-
59-78.
zel S., Sharkis S.J.: Multi-organ, multi-lineage engrafment by a single bone mar-
36. Fan Q., Yee C.L., Ohyama M., Tock C., Zhang G., Darling T.N., Vogel J.C.: Bone mar-
row-derived stem cells. Cell, 2001, 105, 367-377.
row-derived keratinocytes are not detected in normal skin and only rarely detected in
8. Badiavas E.V., Falanga V.: Treatment of chronic wounds with bone marrow-derived
wounded skin in two different murine models. Exp. Hematol., 2006, 34, 672-679.
cells. Arch. Dermatol., 2003, 139, 510-516.
37. Borue X., Lee S., Grove J., Herzog E.L., Harris R., Diflo T., Glusac E., Hyman K., Theise
9. Kataoka K., Medina R.J., Kageyama T., Miyazaki M., Yoshino T., Makino T., Huh N.H.:
N.D., Krause D.S.: Bone marrow-derived cells contribute to epithelial engraftment du-
Participation of adult mouse bone marrow cells in reconstitution of skin. Am. J. Pathol.,
ring wound healing. Am. J. Pathol., 2004, 165, 1767-1772.
2003, 163, 1227-1231.
38. Inokuma D., Abe R., Fujita Y., Sasaki M., Shibaki A., Nakamura H., McMillan JR., Shi-
10. Dyce PW., Wen L., Li J.: In vitro germline potential of stem cells derived from fetal
mizu T., Shimizu H.: CTACK/CCL27 accelerates skin regeneration via accumulation of
porcine skin. Nat. Cell Biol., 2006, 8, 384-390.
bone marrow-derived keratinocytes. Stem Cells, 2006, 24, 2810-2816.
11. Scholer H.R., Wu G.: Oocytes originating from skin? Nat. Cell Biol., 2006, 8, 313-314.
39. Simka M.: Delayed healing of chronic leg ulcers can result from impaired trafficking of
12. Kucia M., Machaliński B., Ratajczak M.Z.: The developmental deposition of epiblast/
bone marrow-derived precursors of keratinocytes to the skin. Med. Hypotheses, 2007,
germ cell-line derived cells in various organs as a hypothetical explantation of stem
69, 637-641.
cell plasticity? Acta Neurobiol. Exp., 2006, 66, 331-341.
40. Badiavas E.V., Abedi M., Butmarc J., Falanga V., Quesenberry P.: Participation of
13. Ratajczak M.Z., Zuba-Surma E., Kucia M., Rece R., Wojakowski W., Ratajczak J.: The
bone marrow derived cells in cutaneous wound healing. J. Cell. Physiol., 2003, 196,
pleotropic effect of the SDF-1-CXCR4 axis in organogenesis, regeneration and tumo-
369-377.
rigenesis. Leukemia, 2006, 20, 1915-1924.
14. Valentin G., Haas P., Gilmour D.: The chemokine SDF-1a coordinates tissue migration
through the spatially restricted activation of CXCR7 and CXCR4b. Curr. Biol., 2007, 17,
1026-1031.
104